热等静压对激光选区熔化成形GH4169合金组织与高温性能的影响

GH4169合金通常于高温环境下服役,增材制造的GH4169合金高温性能往往低于锻件标准,影响其服役安全性,有必要通过热处理手段提高其安全性。采用激光选区熔化技术(SLM)制备GH4169合金,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等表征手段,探究热等静压热处理工艺对SLM成形GH4169合金微观组织、高温拉伸性能和高温持久性能的影响。结果表明:与常规热处理工艺相比,经过热等静压处理后的GH4169合金晶粒为等轴晶,气孔基本消失,Laves相基本消失,短棒状δ相在晶界处更加连续,颗粒状γ''相在晶粒内部大量析出,晶粒得到明显细化。热等静压处理后GH4169合金在扫描方向与沉积方向上的650℃抗拉强度分别为1053 MPa和1051 MPa,断后伸长率分别为8.6%和8.5%;高温持久时间分别为1620 min和2065 min,高温持久时间分别提升了90倍和30倍。高温抗拉强度和高温持久时间均高于锻件的性能指标,断后伸长率尚未超过锻件标准。

SiO_(2f)/SiO_2复合材料与金属铌环形钎焊接头的残余应力数值模拟

对陶瓷基复合材料SiO_(2f)/SiO_2与金属铌环形钎焊接头的残余应力进行了有限元数值模拟.结果表明,接头存在较大的径向拉应力σy和周向界面剪切应力τyx,其峰值分别为1 047 MPa和329 MPa.靠近焊缝的SiO_(2f)/SiO_2中存在应力集中,因而在焊后冷却过程容易首先破坏.在SiO_(2f)/SiO_2连接面表层加工沟槽可有效缓解残余应力,σy和τyx峰值分别降低到731 MPa和230 MPa.与不开槽钎焊比较,在靠近焊缝界面的SiO_(2f)/SiO_2侧表层,开槽钎焊使σy从200 MPa降至81 MPa,τyx从230 MPa降至53 MPa.陶瓷被焊表面开槽之后再钎焊填入钎料所引起的应力缓解,对于避免开裂、提高接头强度及可靠性十分有利.

镍基高温合金高温塑性形变时的晶粒取向演变规律研究

在变形温度为1000~1100℃、变形速率为0.001~1 s^(-1)、应变值为0.9下对镍基高温合金进行单轴压缩形变试验。采用EBSD研究了试样的显微结构。结果表明,在软化阶段,平均晶粒尺寸会增大,并随着硬化阶段的进行,晶粒逐渐细化,晶粒取向在[110]取向存在择优;在这个过程中,微观组织中的局部取向差及其相对迁移率对晶粒尺寸的演变规律具有重要作用。随变形速率的增大,Σ3孪晶诱发形核机制逐渐替代亚晶连续旋转粗化形核机制,晶粒长大速度逐渐变慢。在塑性变形过程中,[110]取向晶粒更多地借助亚晶连续旋转粗化机制进行再结晶,[100]取向晶粒更多借助Σ3孪晶诱发形核机制进行再结晶,[111]取向晶粒则两种再结晶机制都具备。

高温塑性形变参数对再结晶晶粒长大行为的影响研究

镍基粉末高温合金是为了解决高合金化铸锻高温合金凝固偏析和变形困难而发展起来的耐高温结构材料,主要用于制造高推重比发动机盘(环)形耐高温部件。采用Thermecmastor-Z热加工模拟试验机在真空等温绝热环境下对FGH96合金进行了应变梯度形变试验。结果表明:经过应变梯度形变试验,在不同的塑性形变工艺参数(变形温度1000~1100℃,应变速率0.001~1 s^(-1),应变0.0002~1.4)条件下,变形速率决定了晶粒异常长大所需的变形量,变形温度决定了晶粒异常长大的严重程度。

Si元素含量对激光快速成形制备Nb-Si二元合金显微组织演变的影响

以铌粉和硅粉为原料,采用双通道同轴送粉制备了四种不同Si元素含量的Nb-Si二元合金,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)等分析了合金的显微组织演变及维氏硬度.结果表明,硅含量由7%增加至25%,合金的显微组织由Nb_(SS)+Nb_3Si转变为初生Nb_(SS)+(Nb_(SS)/Nb_3Si)共晶,硅含量为18%时,呈Nb_(SS)/Nb_3Si全共晶组织,硅含量提高至25%,合金中出现初生β-Nb_5Si_3相,并仍存在Nb_(SS)/Nb_3Si共晶组织.铌和硅粉末在激光作用下原位反应并快速凝固,显著细化了Nb-Si合金的显微组织.随硅含量增加,硅化物含量逐渐增加,合金显微硬度由746 HV增至1 342 HV.

镍基高温合金高温塑性变形的流动应力变化及微观组织特征

在变形温度1000~1100℃、变形速率0.001~1 s^(-1)、应变0.9条件下对镍基高温合金进行单轴压缩试验。采用EBSD研究了试样的显微结构,分析了合金在热变形过程中的真应力-真应变曲线中动态软化和应变硬化两个阶段的微观组织演变规律,包括晶粒尺寸、局部取向差及其相对迁移率的交互作用。对动态软化机制和应变硬化现象进行了解释,找到了合金的动态再结晶形核及核心长大的决定性特征参数及其演变规律。

ZTA15钛合金铸棒TIG焊接头组织与力学性能研究

补焊质量直接关系ZTA15钛合金铸件的力学性能及其使用寿命,以TC4焊丝为填充材料对ZTA15钛合金铸棒开展TIG焊接工艺试验,并对焊接接头的组织及室温拉伸性能、400℃拉伸性能和室温冲击韧性进行了分析。结果表明,TIG焊接接头质量良好,未发现任何气孔、裂纹、未熔合等缺陷;焊缝及热影响区组织均由针状马氏体α’相+片状α相+β基体组成。焊接接头室温、400℃的抗拉强度和屈服强度均高于ZTA15铸棒,断后延伸率分别达到母材的41.8%和37.2%,而室温冲击韧性达到母材的95.5%。室温、400℃拉伸试样的断裂位置为母材区,断裂机制均为准解理断裂。

激光3D打印方法制备Nb/SiC体系梯度材料的微观组织及反应机理

采用激光3D打印的方法制备了Nb/SiC体系梯度材料,获得了从纯金属铌逐渐过渡到40%Nb+60%SiC(体积分数)复合层的梯度材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析了梯度复合层的微观组织.结果表明,层与层之间结合良好,激光熔敷过程中铌和SiC之间发生了反应,生成了Nb_5Si_3,Nb_2C,NbC和NbSi_2等二元化合物,并且随着SiC含量的逐渐增加,梯度材料内部产物呈现如下变化趋势:Nb+Nb5Si_3+Nb_2C+NbC→Nb_5Si_3+NbSi_2+SiC+NbC→NbSi_2+SiC+NbC.当SiC含量达到30%时,梯度复合层中残留金属铌消失,且开始出现残余的SiC颗粒,随着原始SiC比例的增加,复合层中不仅残余SiC的含量增加,而且粒度也逐渐增大.

焊后热处理对AF1410钢电子束焊接接头组织及性能的影响

研究了三种不同焊后热处理状态下AF1410钢电子束焊接接头的组织及力学性能。结果表明:AF1410钢经电子束焊接后采用预备热处理(900±10)℃×1 h,空冷;(680±10)℃×6 h,空冷+最终热处理(860±10)℃×1 h,油淬;-73℃×1 h,空冷;510℃×5 h,空冷)的焊后热处理工艺能够获得优良的综合力学性能。其中,接头室温抗拉强度不低于母材,伸长率达到母材的88%;焊缝及热影响区室温冲击韧性分别达到母材的64%和89%。

DZ40M合金钎焊接头组织与性能

采用Co-Cr-Ni系钎料在不同的钎焊工艺下对DZ40M定向凝固合金进行了真空钎焊试验,通过扫描电镜、波谱/能谱分析仪和X射线衍射仪对钎焊接头进行了微观组织观察和典型物相成分分析,测试了接头的高温持久寿命和高温拉伸强度.结果表明,钎焊接头主要由近缝区、扩散反应区和钎缝中心区组成,近缝区含有较少的化合物,扩散反应区由钴基固溶体、硼化物和碳化物构成,钎缝中心区则由大量的钴基固溶体、白色和灰色硼化物骨架以及少量的深色条块状或骨架状碳化物等构成;在1 180℃/30 min钎焊工艺下接头980℃/83 MPa持久寿命最高,平均值达到18 h 10 min,900℃高温拉伸性能均超过母材技术标准规定的305 MPa.

扩散处理对镍基高温合金大间隙钎焊接头组织和性能的影响

采用含有Nb、Al、Ti的镍基钎料钎焊大间隙K465镍基高温合金,研究扩散处理对接头组织和性能的影响。结果表明,钎焊状态下K465镍基高温合金大间隙接头组织由γ+γ′相,块状γ′相及硼化物、硅化物及硼碳、硅碳复合化合物构成,液相扩散处理有利于元素扩散,明显改善接头组织性能,固相扩散接头组织性能改善不明显。

镍基钎料钎焊K465高温合金大间隙接头组织与性能研究

K465镍基高温合金为母材,FGH95镍基合金粉为预填粉末,采用预填高熔点粉末的方法对0.5mm大间隙接头进行钎焊,研究不同保温时间对钎缝组织与接头性能的影响。结果表明:1220℃保温0.5h获得的钎缝组织由合金粉颗粒及颗粒间的相构成,颗粒内为γ和γ′两相组织,颗粒间为γ和γ′两相为基体的硼化物、硅化物及γ+γ′共晶组织;随钎焊保温时间延长,合金粉颗粒长大,化合物相及γ+γ′共晶组织合并、总量减少;钎焊保温时间为0.5~16h时,接头平均持久寿命由31.59h提高至54.58h,但不易获得高性能等温凝固接头。

Ag-Cu-In-Ti钎料钎焊SiO_(2f)/SiO_2复合材料与钼合金的接头组织及机理

设计了3种Ag-Cu-In-Ti钎料,在800℃/10 min工艺下实现了Si O2f/Si O2复合材料与钼合金的连接.室温下测试了接头的抗剪强度,通过扫描电镜、电子探针、能谱仪和X射线衍射仪分析了接头的微观组织和界面产物.结果表明,1号钎料所得接头平均抗剪强度最高,为24.1 MPa,其中Ti元素发挥了活性作用而富集在母材两侧的反应层,与Si O2发生反应为Ti+Si O2→Ti Si2+Ti O,伴随反应为Ti+Cu+O→Cu3Ti3O,并有一部分以Cu3Ti的形式块状分布在钎缝中,提高了接头的强度.1号钎料接头产物依次为Si O2→Cu3Ti3O+Ti O+Ti Si2→Ag(s,s)/Cu3Ti/Cu(s,s)→Cu3Ti+Ti O→Mo.

Ti_2AlNb粉末与Ti/Al纳米叠层箔带混合烧结高温微叠层材料的微观结构

为了探索研制一种工作温度700~750℃,而且室温塑性较好的钛基高温合金,使用Ti/Al纳米叠层箔带和Ti_2AlNb合金粉末作为原料,在1 473 K,30 MPa,1.5 h的热压条件下直接混合烧结,制备出新型钛铝系金属间化合物高温微叠层材料(TiAl+Ti_2AlNb)样品,其中,Ti/Al纳米叠层箔带在热压烧结过程中的放热反应促进了样品烧结致密化。采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)和能谱仪(Energy dispersive spectroscopy,EDS)研究烧结产物相组成及显微结构的影响,并测试微区的显微硬度。结果表明,不同混合方式配比热压烧结体的相组成结构比较相似,烧结体内部主要形成了组织渐变的Ti_2AlNb/Ti_2Al(Nb)/TiAl显微结构,并且通过XRD也检测到了Ti_3Al相。破碎的Ti/Al纳米叠层材料和Ti_2AlNb合金粉末在热压烧结后,以扩散反应形成的Ti∶Al∶Nb大约为1∶1∶1的TiAl(Nb)相,其硬度最高(605.85 HV),由Ti/Al纳米叠层箔带生成并保留下来的TiAl相,其硬度最低(251.11 HV)。

热处理对超高速激光熔覆制备TiC/IN625涂层组织与耐腐蚀性的影响

采用EHLA技术在45钢基材上制备TiC/IN625纳米复合涂层。分析不同热处理温度(800,1000℃和1200℃)对TiC/IN625涂层微观组织、表面形貌、残余应力和耐腐蚀性的影响。结果表明:随着热处理温度的提升,涂层偏析现象得到缓解。较HT0和HT800涂层,HT1000涂层中的Ti元素分布更加均匀。HT0涂层中的部分Laves相在HT1000涂层中开始溶解,释放出Nb元素,与C元素和Ti元素重新结合生成MC(M=Nb,Ti)碳化物。HT1200涂层表面微观组织中大尺寸的碳化物溶解,Ti元素和Ni等其他元素分布更加均匀,并向枝晶间区域扩散。HT0涂层表面残余应力主要表现为残余拉应力,其最大值为362 MPa。电化学腐蚀实验表明,开路电位由HT0涂层的-0.139 V提高到HT1200涂层的-0.132 V。HT800,HT1000,HT1200涂层的电荷转移电阻(R_(ct))比HT0涂层更大,相较于HT0涂层的4.785×10^(5)Ω·cm^(2)分别提高了46.2%,31.2%和64.3%。

K452合金钎焊接头组织与性能

采用钴基钎料及镍基合金粉料,在1 170℃保温60 min的钎焊工艺下,对K452镍基铸造高温合金进行了45°坡口对接试样真空钎焊实验,通过扫描电镜和能谱分析仪分析了接头显微组织观察与物相,并进行了钎焊接头的高温性能测试。实验结果表明,钎焊接头界面结合良好,钎缝组织主要以固溶体为主,钎料组织填充于镍基合金粉颗粒间并存在小块状白色化合物,细小颗粒状化合物弥散分布于合金粉填料颗粒内部;钎焊接头900℃抗拉强度达到400 MPa,900℃/100 MPa持久寿命为133 h37 min。

退火和热暴露对Ti-22Al-25Nb/Ti60双合金焊接盘组织和力学性能的影响

对真空电子束焊接后的Ti-22Al-25Nb/Ti60双合金盘试样进行了退火处理和热暴露试验,采用OM、SEM和TEM观察了接头的显微组织。对不同状态下的双合金试样进行了室温拉伸试验,并观察了拉伸断口形貌。结果表明:退火和热暴露会促使焊接过程形成的亚稳相分解。与退火态相比,热暴露态焊缝熔合区亚稳β相和Ti60热影响区α'相分解程度增加,热暴露后Ti-22Al-25Nb合金热影响区有细小的O相析出。焊态下拉伸试样发生脆断,退火后双合金试样强度有较大提升,并有一定的拉伸塑性。热暴露后双合金试样强度进一步提高,拉伸塑性较退火态变化不大。

K423合金钎焊接头组织性能与叶片修复

为钎焊修复某型发动机高压Ⅱ级、低压Ⅰ级导向叶片服役后产生的裂纹,研究钎焊工艺对接头组织性能的影响及钎焊热循环对母材组织性能的影响。结果表明,最佳钎焊工艺为B工艺(1 200℃保温30 min),钎焊热循环使母材的组织细化,持久性能提高。采用B工艺及相应叶片钎焊修复流程对叶片进行试修复,修复部位无裂纹,工艺可行。

变形温度及变形量对挤压态FGH96合金晶粒异常长大的影响

基于楔形试样等温锻造试验,采用Deform-3D模拟软件,模拟确定了楔形试样中不同位置的变形量,研究了不同变形温度和不同变形量对挤压态FGH96合金晶粒异常长大的影响。结果表明：在压下速率0.04 mm/s的平模镦粗试验条件下,挤压态FGH96合金出晶粒异常长大的临界变形温度为1100℃,临界变形量为2%;1000-1070℃锻造变形时,合金不易发生晶粒异常长大,但也有“临界变形量”特征,变形量5%-10%区域晶粒平均直径最大;选择15%及以上的变形量,可以避免晶粒异常长大,并获得均匀细小的晶粒组织。

钛铝系合金与镍基高温合金异种连接技术研究进展

钛铝系合金是未来极具应用潜力的航空航天用轻质高温结构材料,解决其与镍基高温合金之间的连接问题可以满足复合结构减重的需要。由于在化学成分和物理性能等方面存在较大差异,实现两种材料的良好连接比较困难。在分析大量文献的基础上,评述国内外关于这两类异质材料连接技术的研究进展,焊接方法主要涉及熔化焊、钎焊以及扩散焊。熔焊连接获得的接头强度较低,钎焊连接中多采用传统钎料,缺乏对高温钎料的研制,而扩散焊用中间层合金的设计及其本身的高温性能,都是需要进一步研究的重要问题。解决钛铝系合金与镍基高温合金的连接问题,并获得具有良好综合性能的连接接头,对于实现钛铝系轻质耐高温合金的工程化应用具有重要的意义。